CN103236762A - 电动车用无刷直流轮毂电机及其控制*** - Google Patents

电动车用无刷直流轮毂电机及其控制*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动车用无刷直流轮毂电机，其包括电机本体、电机控制***和散热壳；所述电机本体后端电性固定连接有机电隔离板，所述电机控制***通过导线与所述机电隔离板连接，并且所述散热壳与所述机电隔离板可拆卸的连接，并将所述电机控制***容纳在所述散热壳中；其中所述电机本体包括外转子组件、定子铁芯组件和电机轴；所述电机控制***包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置。本发明的电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的启动转矩，满足车辆的加速要求。

Description

电动车用无刷直流轮毂电机及其控制***
技术领域
    本发明属于电机及其控制技术的领域，更具体的说，本发明涉及一种电动车用无刷直流轮毂电机及其控制***。
背景技术
当前随着我国经济社会的发展，城市的空气污染情况却日趋严重，据最新的研究报道表明目前我国90%的城市空气受到不同盛土的污染，空气中的污染物如PM2.5和PM10已经严重影响到居民的身体健康，而汽车尾气的排放是其中的首要因素；为此倡导绿色出行，大力发展绿色环保的电动车出行无疑是未来交通出行的主要发展趋势。
目前电动车辆的技术难点主要受限于电池性能，其一是在电池技术难以逾越的瓶颈下，如何提高电能使用效率、提高续航历程、提高电池寿命是行业的焦点，因此驱动电机必须符合电池特性，即所选用的电机需要效率高、使用电流小、启动电流小，避免电池瞬间大电流放电，电机能量反馈性能好；其二，电动车辆主要用于城市交通，车辆大部分时间处于启动、加速和制动的工作状态，因此电机的起动性能、加速性能、电机的可靠性对电动车辆尤为重要。目前电动车辆主要应用的电机为永磁电机。传统的永磁电机主要包括磁齿轮外转子、调磁环、磁齿轮内转子和电机定子，磁齿轮外转子、调磁环、磁齿轮内转子和电机定子之间均具有气隙；不仅结构简单，而且***噪声高、机械磨损等问题。而且现有技术中常用的永磁电机，通常是将永磁体贴装在外壳上的外转子型轮毂电机，其结构特征为一组外转子永磁体和相对应的定子叠片铁芯组件。但是上述电机需要很大的直径，否则很难满足超大转矩和低速性能要求。此外现有技术中，为了满足超大转速和低速的要求，通常均需要采用液压马达和减速齿轮系的方式，存在结构复杂、故障多、成本高，而且维修不便。外转子永磁电机是当前出现的一种可以实现低速大转速功能的新型电机，其主要包括外转子、外转子永磁体、磁通调制极和内定子，其通过定子上磁通调制极的引入，省去了传统磁齿轮中的调磁环结构，省去了传统磁齿轮中的内转子以及独立的调磁环结构，解决了***噪声高、机械磨损等问题。但是这种结构的永磁游标电机漏磁较大，铁心损耗较大，功率较低。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电动车用无刷直流轮毂电机及其控制***。
    为了解决上述技术问题并且实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种电动车用无刷直流轮毂电机，其包括电机本体、电机控制***和散热壳；所述电机本体后端电性固定连接有机电隔离板，所述电机控制***通过导线与所述机电隔离板连接，并且所述散热壳与所述机电隔离板可拆卸的连接，并将所述电机控制***容纳在所述散热壳中；其中所述电机本体包括外转子组件、定子铁芯组件和电机轴；所述外转子组件包括外转子壳体，所述外转子壳体设置在定子铁芯组件的外侧，所述外转子壳体前后两端设置有与之紧固连接的前端盖和后端盖；所述外转子壳体的内壁上沿着电机轴方向开设有至少4组凹槽，并且每组凹槽内设置有一组永磁体单元；所述外转子通过轴承与所述电机轴可转动的连接；所述外转子壳体通过轴承与电机轴可转动地连接；所述定子铁芯组件包括定子叠片，所述定子叠片至少为4组并且与所述永磁体单元一一对应设置，所述定子叠片的端部设置有定子绕组。
其中，所述永磁体单元包括第一永磁体、可变磁体和第二永磁体。作为优选地，所述第一永磁体与可变磁体，可变磁体与第二永磁体之间设置有硅钢隔片。
其中，所述电机控制***设置在所述散热壳后壁的内表面上。
其中，所述散热壳的后壁上分布有阵列式散热片。
其中，所述永磁体为钕铁硼永磁体，所述可变磁体为Fe-Cr-Co类磁体。
其中，所述电机控制***包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置；所述电机本体产生的反馈信号，与输入信号耦合，经过自抗扰控制器后产生驱动电机本体的交流和直流信号；由转子位置检测装置所确定的位置信号与所述交流和直流信号一起经过2/3变换器，转换为控制电机主体的三相电流，之后经过PWM变换器，转换为直接驱动电机主体的三相电流。
本发明的第二方面，还涉及一种电机控制***，所述电机控制***包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置；所述电机本体产生的反馈信号，与输入信号耦合，经过自抗扰控制器后产生驱动电机本体的交流和直流信号；由转子位置检测装置所确定的位置信号与所述交流和直流信号一起经过2/3变换器，转换为控制电机主体的三相电流，之后经过PWM变换器，转换为直接驱动电机主体的三相电流。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的无刷直流轮毂电机采用了内置式的全密封结构，摒弃了传统的结构设计，通过在电机本体和控制板之间设置机电隔离板，显著降低了电机旋转对机电控制板结构的电磁干扰和振动干扰；并且还具有优异的防尘防水防油污效果。
（2）本发明的电机结构中容易损坏的部件是电机控制***；而本发明中所述电机控制***直接安装在散热壳上，而散热壳与机电隔离板又采用的是可拆卸的连接方式，因此，当需要对电机控制***进行维修的时候，仅需将散热壳拆下，送修即可；具有安装简便，维修方便的特点。
（3）本发明的电机外特性好，非常符合电动车辆的负载特性，尤其是电机具有可贵的低速大转矩特性，能够提供大的启动转矩，满足车辆的加速要求。此外在本发明的电机中使用了可变磁体，从而可以显著降低各永磁体中涡流电流的扰动，降低了外转子永磁体中的涡流损耗，进一步提高了电机的稳定性。
 （4）本发明采用ADRC的最大转矩/电流控制策略，不但能够保证车辆在启动时提供大转矩，获得较大的动力，而且在制动时可得到能量的反馈。
附图说明
图1为本发明所述电动车用无刷直流轮毂电机的整体结构示意图。
图2为本发明所述电机主体的结构示意图。
图3为本发明所述电机控制***的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例涉及一种电动车用无刷直流轮毂电机，其包括电机本体10、电机控制***30和散热壳40；所述电机本体10后端电性固定连接有机电隔离板20，所述电机控制***30通过导线与所述机电隔离板20连接，并且所述散热壳40与所述机电隔离板20可拆卸的连接，并将所述电机控制***30容纳在所述散热壳40中，并且所述散热壳40的后壁上分布有阵列式散热片（图中未示出）；所述电机本体10包括外转子组件、定子铁芯组件和电机轴100；所述外转子组件包括外转子壳体110，所述外转子壳体110设置在定子铁芯组件的外侧，所述外转子壳体110前后两端设置有与之紧固连接的前端盖111和后端盖112；所述外转子壳体110的内壁上沿着电机轴方向开设有4组凹槽，并且每组凹槽内设置有一组永磁体单元113；所述外转子通过轴承120与所述电机轴100可转动的连接；所述永磁体单元113包括第一永磁体、可变磁体和第二永磁体（图中未示出），所述第一永磁体与可变磁体，可变磁体与第二永磁体之间设置有硅钢隔片；所述定子铁芯组件包括定子叠片130，所述定子叠片为4组并且与所述永磁体单元一一对应设置，所述定子叠片的端部设置有定子绕组132。在本实施例中所述4组定子叠片统一绕制定子绕组；相对于相同直径的永磁电机而言，在电流值相等时电机的线圈匝数却增加了4倍，从而可以使得该电机的转速成倍下降，而其转矩成倍提高，实现了低速和超大转矩的目的。所述永磁体可以选择钕铁硼永磁体，作为优选地，本发明所述的钕铁硼永磁体的组份包含：钕22wt％、钆1.5wt％、钬1.2wt％、硼1.5wt％、铜0.05wt％、钴0.68wt％和余量的铁。 所述的钕铁硼永磁体可以采用常规的方法制备得到。所述可变磁体为现有技术中已知的Fe-Cr-Co类磁体；作为优选地，本发明中使用的可变磁体，具有用以下组成表示的组成：（Sm0.8Nd0.2）(Al0.3Ti0.08Co0.52Cu0.1)7.2。所述的可变磁体的矫顽力在250-280KA/h之间，并且具有较高的磁通密度。在电机中使用上述可变磁体后，可以显著降低各永磁体中涡流电流的扰动，降低了外转子永磁体中的涡流损耗，提高了电机的稳定性。在本发明中所述电机控制***包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置；所述电机本体产生的反馈信号，与输入信号耦合，经过自抗扰控制器后产生驱动电机本体的交流和直流信号；由转子位置检测装置所确定的位置信号与所述交流和直流信号一起经过2/3变换器，转换为控制电机主体的三相电流，之后经过PWM变换器，转换为直接驱动电机主体的三相电流。本发明的控制***采用ADRC的最大转矩/电流控制策略，不但能够保证车辆在启动时提供大转矩，获得较大的动力，而且在制动时可得到能量的反馈。

Claims (8)

1.一种电动车用无刷直流轮毂电机，其包括电机本体、电机控制***和散热壳；所述电机本体后端电性固定连接有机电隔离板，所述电机控制***通过导线与所述机电隔离板连接，并且所述散热壳与所述机电隔离板可拆卸的连接，并将所述电机控制***容纳在所述散热壳中；其特征在于：所述电机本体包括外转子组件、定子铁芯组件和电机轴；所述外转子组件包括外转子壳体，所述外转子壳体设置在定子铁芯组件的外侧，所述外转子壳体前后两端设置有与之紧固连接的前端盖和后端盖；所述外转子壳体的内壁上沿着电机轴方向开设有至少4组凹槽，并且每组凹槽内设置有一组永磁体单元；所述外转子通过轴承与所述电机轴可转动的连接；所述外转子壳体通过轴承与电机轴可转动地连接；所述定子铁芯组件包括定子叠片，所述定子叠片至少为4组并且与所述永磁体单元一一对应设置，所述定子叠片的端部设置有定子绕组。
2.根据权利要求1所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述永磁体单元包括第一永磁体、可变磁体和第二永磁体。
3.根据权利要求2所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述第一永磁体与可变磁体，可变磁体与第二永磁体之间设置有硅钢隔片。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述永磁体为钕铁硼永磁体，所述可变磁体为Fe-Cr-Co类磁体。
5.根据权利要求1-3任一项所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述电机控制***设置在所述散热壳后壁的内表面上。
6.根据权利要求5所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述散热壳的后壁上分布有阵列式散热片。
7.根据权利要求1-3任一项所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述电机控制***包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置；所述电机本体产生的反馈信号，与输入信号耦合，经过自抗扰控制器后产生驱动电机本体的交流和直流信号；由转子位置检测装置所确定的位置信号与所述交流和直流信号一起经过2/3变换器，转换为控制电机主体的三相电流，之后经过PWM变换器，转换为直接驱动电机主体的三相电流。
8.一种电机控制***，包括自抗扰控制器、2/3变换器、PWM变换器和转子位置检测装置；其应用于权利要求1所述的电动车用无刷直流轮毂电机，其特征在于：所述电机本体产生的反馈信号，与输入信号耦合，经过自抗扰控制器后产生驱动电机本体的交流和直流信号；由转子位置检测装置所确定的位置信号与所述交流和直流信号一起经过2/3变换器，转换为控制电机主体的三相电流，之后经过PWM变换器，转换为直接驱动电机主体的三相电流。
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Pledgor: Taizhou Jinyu Motor Co., Ltd.

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